熱分析技術在膠黏劑研究中的應用

王 晶，樊慧娟，李 勝，張 慧，劉傳玉，梁西良，張廣艷

(1.黑龍江省科學院石油化學研究院，哈爾濱 150040； 2.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150020)

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熱分析技術在膠黏劑研究中的應用

王 晶1，2，樊慧娟1，李 勝1，2，張 慧1，2，劉傳玉1，2，梁西良1，2，張廣艷1，2

(1.黑龍江省科學院石油化學研究院，哈爾濱 150040； 2.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150020)

熱分析技術是在一定程序溫度控制下，研究物質的物理變化和化學變化的分析方法。在膠黏劑研究中，熱分析技術能快速、準確地提供膠黏劑固化、熱分解、模量變化等真實信息，并可通過一定的分析手段進行定性、定量研究，在膠黏劑研究中發揮著重要作用。

熱分析；膠黏劑；應用

能將同種或不同種類的物質粘接在一起，粘接后的強度能夠滿足使用需求的一類物質統稱為膠黏劑。膠黏劑的固化溫度、熱分解溫度、玻璃化轉變點、模量變化、機械性能及應力松弛等熱性能參數是使用和研制過程中的重要指標，直接影響膠黏劑的使用條件、粘接強度、使用期限等方面問題，本文對幾種常見的熱分析方法在膠黏劑研究生產中起到的作用、提供的數據進行相應論述[1-3]。

1 熱分析方法概述

熱分析是測量在程序控制溫度下，物質的物理性質與溫度依賴關系的一類技術[4，5]。不同的熱分析方法提供不同的信息，主要分為以下幾種：

1.1 熱重分析(TG)

熱重法是指在不同的升溫速率、頻率、氣氛環境下，樣品的重量發生不同的變化。通過失重曲線解析得到樣品的物理、化學信息，可以測定材料的組分，測定材料中的揮發性物質，研究材料的熱穩定性能[6-10]。

1.2 差示掃描量熱法(DSC)

差示掃描量熱法是“在程序控溫和一定氣氛下，測量樣品與溫度或時間關系的技術”。用于研究材料的玻璃化轉變溫度、吸熱或放熱情況、初始固化峰溫度、最高固化峰溫度，終止固化峰溫度等，根據峰面積的大小及數量可以進行材料組分分析[11，12]。

1.3 熱機械分析法(TMA)

熱機械分析法(Thermomechanical analysis，TMA)是在程序溫度條件下，在靜態力的作用下，材料發生一定的形變，通過TMA曲線圖可以研究材料軟化點、機械性能、膨脹系數及應力松弛等物理屬性[13，14]。

1.4 動態機械熱分析法(DMA)

動態機械熱分析法是在程序溫度下，測量物質在振蕩負荷下模量和阻尼隨溫度、頻率變化的一種技術。膠黏劑和其他高分子材料的剛度特性、阻尼特性、玻璃化轉變特性等性質通過DMA曲線圖的解析，可以得到材料的準確信息，對材料在各個不同領域的應用提供理論支持[15，16]。

2 熱分析技術在膠黏劑研究中的應用

2.1 熱重分析(TG)在膠黏劑研究中的應用

TG 分析優點很多，只需要幾毫克的樣品就可以進行檢測，準確度高，可以考察不同氣氛：如氮氣、空氣、氧氣或不同比例的幾種氣氛下，材料的重量隨溫度的改變而發生的變化。圖1實驗條件：空氣，頻率1 Hz，升溫速率10 ℃/min，樣品重量7.432 mg。

圖1 空氣氣氛下TG曲線圖Fig.1 The TG curve in airatmosphere

由圖1可知，樣品熱分解溫度219 ℃，分解分為兩個階段，第一階段失重率7.9%；第二階段失重率34.6%。在500 ℃殘碳量55%左右。

2.2 差示掃描量熱儀(DSC)在膠黏劑研究中的應用

DSC 是一種應用最廣的熱分析方法，能夠提供膠黏劑固化過程中的固化時間、放熱量、組分分析及大致含量等膠黏劑的固化信息。也可以通過一系列條件實驗，通過DSC表征，為確定最終、最優膠黏劑配方提供實驗數據。圖2實驗條件：空氣，頻率1 Hz，升溫速率5 ℃/min，樣品重量2.321 mg。

圖2 空氣氣氛下DSC曲線圖Fig.2 The DSC curve in airatmosphere

由圖2可看出，膠黏劑在162.3 ℃開始固化，外延起始溫度為初始峰溫度，可以作為物質固化的特征溫度，放熱339 mJ/mg，最大放熱峰溫度242.4 ℃，受實驗條件影響較大。在305 ℃結束固化過程，為終止峰溫度，在360 ℃左右有一個小的放熱峰出現，含量相對較低。

2.3 動態熱機械分析(DMA)在膠黏劑研究中的應用

DMA曲線一般包括儲能模量(E′)、損耗模量(E″)和損耗因子(Tanδ)三條曲線，可以在較短的時間內得到材料的剛度與阻尼隨溫度、頻率和時間的變化關系，這些信息對檢驗膠黏劑的質量、評價其性能和使用條件有實用價值。玻璃化轉變溫度Tg，是度量高聚物鏈段運動的特征溫度，它直接影響膠黏劑的使用性能和工藝性能。

圖3 DMA曲線圖Fig.3 The DMA curve

2.4 熱機械分析(TMA)在膠黏劑研究過程中的應用

在研究膠黏劑的研制過程中，其原料的種類多種多樣，有橡膠類、溶液類、粉末類、膠膜類等。粉末及薄膜類樣品可以通過TMA檢測材料的膨脹系數、玻璃化轉變點等重要性能指標。

圖4 TMA曲線圖Fig.4 The TMA curve

由圖4可知，所測材料50 ℃～100 ℃膨脹系數134 ppm，150 ℃～200 ℃膨脹系數350 ppm。玻璃化溫度116.02 ℃。

3 結語

熱分析技術在高分子材料的研究中意義重大，本文介紹了四種常用的熱分析方法的基本概念及在膠黏劑研制中的使用情況。在膠黏劑研究中，熱分析技術為工藝條件優化提供了必要的技術支持，為研制性能優異的產品發揮著重要作用。隨著科學技術的不斷發展，熱分析技術的應用范圍將越來越廣。

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Application of thermal analysis technology in research of adhesives

WANG Jing1,2, FAN Hui-juan1, LI Sheng1,2, ZHANG Hui1,2, LIU Chuan-yu1,2,LIANG Xi-liang1,2, ZHANG Guang-yan1,2

(1.Institute of Perrochemistry, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150040, China; 2.Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150020, China)

Thermal analysis technology is the method to study the physical and chemical change of the material under the control of certain temperature. Thermal analysis technology can provide truth information of adhesive curing, thermal decomposition and modulus changes, and make quantitative and qualitative research through certain analytical tools, which is important in the research of adhesives.

Thermal analysis; Adhesives; Application

2016-12-06

王晶(1970-)，女，碩士，研究員。

TQ433.432

A

1674-8646(2017)04-0013-02